DE19807089A1 - Planetwalzenextruder - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft Planetwalzenextruder, insbesondere zur Verarbeitung thermoplastischer
Kunststoffe. Zeitgemäße Planetwalzenextruder bestehen aus einer rotierenden Zentralspindel,
umlaufenden Planetenspindeln und einer innen verzahnten Buchse. Die Buchse sitzt ortsfest
in einem umgebenden Gehäuse.
Die Zentralspindel und die Planetenspindeln sind außen mit einer Verzahnung versehen und
kämmen miteinander. Zur Extrudermitte hin greifen die Planetenspindeln in die
Zentralspindel und umgekehrt. Außen greifen die Planetenspindeln in eine innen verzahnte
Buchse und umgekehrt.
Die Zentralspindel wird angetrieben und bewegt die Planetenspindeln. Während der
Umlaufbewegung werden die Planetenspindeln durch einen sogenannten Anlaufring in axialer
Richtung gehalten. Die Planetenspindeln gleiten mit ihren Stirnflächen an dem Anlaufring.
Die Planetwalzenextruder bilden eine wichtige Variante möglicher Extruder. Die anderen
bekannten Bauarten sind der Einschneckenextruder und der Doppelschneckenextruder. Alle
Bauweisen werden mit der Bezeichnung schon weitgehend beschrieben:
Der Einschneckenextruder besitzt eine einzige Schnecke, die in einem eng umschließenden
Gehäuse rotiert. Die Folge ist, daß der Einsatzwerkstoff einerseits an dem Gehäuse und
andererseits an der Schnecke reibt. Dabei wird der Einsatzwerkstoff nicht nur gewalkt sondern
in großem Umfang geschert. Viele der Werkstoffe vertragen das Scheren nicht. Das ist darauf
zurückzuführen, daß langkettige Moleküle zerrissen oder zerschnitten werden und der
Werkstoff dadurch insgesamt andere Eigenschaft erhält. Zum Teil sind die neuen
Eigenschaften unerwünscht.
Die Doppelschneckenextruder besitzen zwei rotierende Schnecken. Die Schnecken kämmen
miteinander. In dem Bereich, in dem die Schnecken miteinander kämmen, wird die
Scherwirkung vernachlässigt und nur von einer Walk- und Knetarbeit ausgegangen.
Die Planetwalzenextruder bilden im Verhältnis zu den Einschneckenextrudern das andere
Extrem der Extruder. Das in den Planetwalzenextruder eintretende Material wird zwischen
den Zähnen ausgewalzt. In Planetwalzenextrudern ist die Scherwirkung minimal und eine
maximale Knet- und Walkwirkung zu verzeichnen. Solche Extruder eignen sich besonderes
für empfindliche Werkstoffe.
Jede Scherwirkung, Knetwirkung und Walkwirkung verursacht als Verformungsarbeit im
Werkstoff Wärme. Die Wärmeentwicklung ist in der Regel nur bis zum Erreichen einer
bestimmten Grenze unschädlich.
Diese Grenze läßt sich aber nicht durch Reduzierung der Verformungsarbeit einhalten.
Insbesondere Kunststoffe erfordern ein hohes Maß an Verformungsarbeit, um aus der zumeist
granulatförmigen Einsatzmischung eine homogene Schmelze zu erzeugen, die durch ein
Extrusionswerkzeug gepreßt wird. Zu der Einsatzmischung gehören diverse Additive, z. Teil
Treibmittel und anderes.
Die Kunststoffe müssen zunächst aufgeschmolzen und anschließend mit den anderen
Mischungsanteilen homogenisiert werden.
Die Aufschmelzung macht die Einbringung von Wärme erforderlich. In der Regel wird die
Wärme durch Verformungsarbeit aufgebracht.
Nach der Aufschmelzung ist eine weitere Erwärmung unerwünscht. Deshalb muß die durch
weitere Verformungsarbeit entstehende Wärme wieder abgeführt werden. Das geschieht durch
Kühlung.
Zur Kühlung ist es seit langem bekannt, die innen verzahnte Buchse außen mit umlaufenden
Kühlkanälen zu versehen. Die Kühlkanäle entstehen durch eingearbeitete Nuten. Die Nuten
(Vertiefungen) verlaufen wie Gewindegänge in der Buchsenoberfläche. Ergänzt bzw.
geschlossen werden die Nuten durch das die Buchse umgebende Gehäuse zu Kühlkanälen.
Der Einfachheit halber wird dabei nur von Kühlkanälen gesprochen, obwohl die gleichen
Kanäle während der Beheizungsphase zu Heizkanälen werden.
Bislang werden die Buchsen mit einer Mindestdicke von mehr als 10 mm hergestellt. Einige
Hersteller verwenden Dicken von 20 mm und mehr.
Die Buchsen haben sich in allen Bauarten bewährt.
Entwicklungsbedarf besteht an Planetwalzenextrudern an anderer Stelle als an den Buchsen.
Gleichwohl hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, Planetwalzenextruder an den Buchsen
zu verbessern. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die Buchsen auch Wirkung auf das
Verfahren haben. Das geschieht über den Wärmefluß durch die Buchse hindurch. Die
Erfindung hat erkannt, daß der Wärmefluß durch die Buchse hindurch das Maß der Kühlung
bzw. das Maß der Beheizung bestimmt. Nach der Erfindung wird der Wärmefluß durch
Verringerung der vollen Wandstärke verbessert. Die volle Wandstärke ist das Projektionsmaß
zwischen dem Zahngrund und dem Grund der Vertiefungen für die Kühlkanäle. Das
Projektionsmaß ist das Maß, welches sich bei der Projektion der Zeichnungskanten aus einer
bestimmten Richtung ergibt. Beim Vergleich von Maßen ist eine Projektion aus gleicher
Richtung zweckmäßig. Maße aus unterschiedlichen Projektionen lassen sich durch
Umrechnung vergleichbar machen.
Nach der Erfindung ist vorzugsweise eine Projektion in Richtung der Extruderlängsachse
vorgesehen. In dieser Projektion soll die volle Wandstärke bei Extrudern mit einem
Teilkreisdurchmesser kleiner oder gleich 250 mm kleiner 10 mm sein. Bei größeren
Extrudern soll die volle Wandstärke kleiner 11 mm sein.
Besonders günstige Verhältnisse ergeben sich bei Wandstärkendicken von 3 bis 8 mm. Diese
Dicken sind in Bezug auf eine Projektion in Richtung der Extruderlängsachse vorgesehen.
Die Wandstärke kann zusätzlich in Abhängigkeit vom Teilkreisdurchmesser der
Buchsenverzahnung variieren. Vorzugsweise sind folgende Bereiche vorgesehen
Teilkreisdurchmesser | |
volle Wandstärke | |
70 mm | 3,0 bis 6,5 mm |
100 mm | 3,5 bis 7,0 mm |
150 mm | 4,4 bis 7,9 mm |
180 mm | 4,9 bis 8,4 mm |
200 mm | 5,3 bis 8,8 mm |
250 mm | 6,2 bis 9,7 mm |
300 mm | 7,1 bis 10,6 mm |
Die erfindungsgemäße Reduzierung der vollen Wandstärke ist nicht naheliegend, weil die
volle Wandstärke damit den Charakter eines Bleches einnimmt und weil Bleche an sich nicht
geeignet sind, den extremen Drücken im Extruder Stand zu halten. Dabei ist auch zu
berücksichtigen, daß die Buchsen im Bereich der Kühlkanäle hohl liegen und daß die aus den
Buchsendurchmessern resultierenden großen Flächen zu übermäßigen Gesamtdrücken auf die
Buchsen führen, die in anderen technischen Bereichen nicht vorkommen. Maßgebend für die
Größe der Fläche sind die üblichen Teilkreisdurchinesser von 70 bis 300 mm.
Überraschenderweise zeigt sich sehr wohl eine ausreichende Standfestigkeit, verbunden mit
einer besseren Wärmedurchlässigkeit bis zu 25%.
Zur Standfestigkeit trägt eine genaue Fertigung der Buchsen bei. Deshalb ist vorzugsweise
eine maßgenaue Fertigung der Buchsen durch Funkenerodieren vorgesehen. Bei ungenauer
Fertigung sind die aus den Fertigungstoleranzen resultierenden Untermaße in das Maß der
zulässigen vollen Wandstärke einzurechnen.
Die Ungenauigkeiten sind teilweise durch die Fertigung bedingt. Eine beliebte Fertigung der
Buchsen sieht vor, daß die Verzahnung der Buchsen durch Ziehen hergestellt und die Buchsen
anschließend gehärtet werden. Allein schon das Ziehen erlaubt nur sehr beschränkte
Fertigungstoleranzen. Besonders nachteilig ist die anschließende Härtung. Selbst bei
sorgfältiger Vorgehensweise ist ein Verzug von 1 bis 2 mm unvermeidbar.
Die Herstellung der Verzahnung durch Funkenerodieren erlaubt eine Bearbeitung der
Verzahnung nach dem Härten, so daß der sogenannte Verzug wieder herausgearbeitet wird.
Bei dem Funkenerodieren wird eine Elektrode mit einer genauen Außenverzahnung gebildet
und durch die Buchse gefahren, so daß die austretenden Funken die Oberfläche der Elektrode
in der Buchse genau nachbilden.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt:
Fig. 1 und 2 zeigen Schnittdarstellungen eines Planetwalzenextruders mit einer rotierenden
Zentralspindel 5, umlaufenden Planetenspindeln 2 und einer ortsfest in einem Gehäuse 6
angeordneten Buchse 4. Die Buchse 2 besitzt außen Nuten 3, die wie Gewindegange
verlaufen. In der Einbausituation nach Fig. 1 sind die Nuten außen durch das Gehäuse 6
verschlossen, so daß sie Kanäle bilden und von Kühl- bzw. Heizmedium durchströmt werden
können. In Fig. 1 ist zugleich ein Zulauf 7 vorgesehen. Der Ablauf ist nicht dargestellt.
Im Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen 70iger Extruder, d. h. einen Extruder mit
einem Teilkreisdurchmesser der Buchsenverzahnung von 70 mm. Die Buchse 4 hat in der
Schnittdarstellung nach Fig. 2 eine volle Wandstärke 1 von 3,5 mm. Die Schnittdarstellung
nach Fig. 1 enthält eine Projektion der Kanten der Buchse aus Längsrichtung der Buchse. In
dieser Darstellung ist die volle Wandstärke 1 der Abstand zwischen dem Zahntiefsten und
dem Nuttiefsten.
Claims (9)
1. Planetwalzenextruder mit rotierender Zentralspindel, umlaufenden Planeten, innen
verzahnter Buchse, die ortsfest in einem Gehäuse angeordnet ist und mit eingearbeiteten
Kanälen für einen Heiz- bzw. Kühlkreis, dadurch gekennzeichnet, daß die volle
Wandstärke (1) der Buchse bis zu einem Teilkreisdurchmesser der Buchsenverzahnung bis
250 mm kleiner als 10 mm und bei größeren Teilkreisdurchmessern kleiner als 11 mm ist.
2. Planetwalzenextruder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die volle Wandstärke
(1) zwischen 3 und 8 mm beträgt.
3. Planetwalzenextruder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die volle Wandstärke
(1) in Abhängigkeit von dem Teilkreisdurchmesser der Buchsenverzahnung wie folgt ist.
Teilkreisdurchmesser
volle Wandstärke (1)
70 mm 3,0 bis 6,5 mm
100 mm 3,5 bis 7,0 mm
150 mm 4,4 bis 7,9 mm
180 mm 4,9 bis 8,4 mm
200 mm 5,4 bis 8,8 mm
250 mm 6,2 bis 9,7 mm
300 mm 7,1 bis 10,6 mm
4. Planetwalzenextruder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
volle Wandstärke (1) der Abstand zwischen dem Zahntiefsten und dem Nuttiefsten ist und
der Abstand in der Projektion der Buchsenkanten aus der Längsrichtung gemessen wird.
5. Planetwalzenextruder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch
funkenerodierte Buchsen.
6. Planetwalzenextruder nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen
geschlossenen Heiz-/Kühlkreis des Extruders (10), mit gesteuerten Druckventilen (11) und
einer Druckpumpe (22) und/oder einem Druckspeicher, wobei die Pumpe (22) und/oder
der Druckspeicher bei Erreichen eines Mindestdifferenzdruckes zugeschaltet wird, wobei
der Differenzdruck zwischen dem Schmelzedruck und dem Druck im Heiz-/Kühlkreis ist.
7. Planetwalzenextruder nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Differenzdruck
10 bar ist.
8. Planetwalzenextruder nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck im
Heiz-/Kühlkreis über ein Druckbegrenzungsventil (21) reduziert wird, wenn der
Differenzdruck droht negativ zu werden.
9. Planetwalzenextruder nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen Druck von 1 bar.
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DE19807089A Withdrawn DE19807089A1 (de) | 1998-02-20 | 1998-02-20 | Planetwalzenextruder |
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DE (1) | DE19807089A1 (de) |
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DE102010030706A1 (de) | 2010-06-30 | 2012-01-05 | Entex Rust & Mitschke Gmbh | Reaktives Extrusionsverfahren zur chemischen Modifizierung von alkylgruppenhaltigen Polymeren oder Wachsen in einem Planetwalzen-Extruder |
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